KI verschiebt die Kriterien für moderne Rechenzentren

Kapazitätsplanung bildet die Grundlage jeder Modernisierung

Am Anfang jeder Modernisierung steht eine belastbare Kapazitätsplanung. Betreiber bewerten dazu die aktuelle Last aus Anwendungen, Rechen- und Speicherbedarf und schätzen das künftige Wachstum ab. Ein Top-down-Ansatz koppelt die Planung an langfristige Geschäftsziele, ein Bottom-up-Ansatz arbeitet die vorhandene Systembasis auf. Beide Perspektiven zusammen liefern ein flexibles und nachhaltiges Mengengerüst.

Den stärksten Treiber bildet die Leistungsdichte je Rack. Ein klassisches Server-Rack zog vor wenigen Jahren fünf bis zehn Kilowatt, ein KI-Rack erreicht heute bis zu 140 Kilowatt. Mittelfristig sind 300 bis 600 Kilowatt absehbar, perspektivisch bis zu einem Megawatt je Rack. Eine Planung, die solche Werte nicht vorsieht, blockiert spätere Ausbaustufen. Modulare Architekturen mit vorgefertigten Einheiten lassen Erweiterungen zu, da Betreiber Kapazität in Schritten ergänzen, ohne den laufenden Betrieb zu unterbrechen.

Anbieter wie IBM verfolgen mit ihrem Modernisierungsansatz für die IT-Infrastruktur eine schrittweise Logik. Betreiber bauen cloud-nativ auf, integrieren containerisierte Microservices und binden vorhandene Mainframes, Server und Speicher in eine Hybrid-Cloud-Umgebung ein, statt funktionierende Systeme komplett auszutauschen. Für Behörden senkt dieser Weg das Migrationsrisiko, für Unternehmen verkürzt er die Zeit bis zur Wirkung.

Energieversorgung wird zum begrenzenden Faktor

Der Netzanschluss bestimmt zunehmend, ob ein Standort überhaupt realisierbar ist. Das BMDS beschreibt in der oben genannten Rechenzentrumsstrategie knappe Anschlusskapazitäten vor allem in den Hotspots und lange Anschlusszeiten als Bremse für den Ausbau. Bis 2030 erwartet das Borderstep Institut einen Anstieg der Anschlussleistung auf rund 5.000 Megawatt. Damit Standortentscheidungen nicht an fehlender Kapazität scheitern, schuf der Gesetzgeber 2025 einen Rahmen für flexible Netzanschlussvereinbarungen (Flexible Connection Agreements, FCA), die einen Anschluss trotz begrenzter Netzkapazität ermöglichen und mit dem Bedarf mitwachsen.

Zugleich verschärfen sich die Effizienzvorgaben. Nach dem Energieeffizienzgesetz (EnEfG) müssen Betreiber ihren Strombedarf seit dem 01.01.2024 bilanziell zu 50 Prozent und ab dem 01.01.2027 zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien decken. Die durchschnittliche Power Usage Effectiveness (PUE), das Verhältnis von Gesamtstrom zu IT-Strom, sinkt seit 2010 von 1,8 auf rund 1,43. Der Effizienzgewinn je Recheneinheit reicht jedoch nicht aus, denn die Nachfrage aus Cloud, KI und HPC wächst schneller als die Einsparung.

Die Internationale Energieagentur (IEA) prognostiziert für 2030 (PDF) eine Verdopplung des weltweiten Strombedarfs der Rechenzentren auf rund 945 Terawattstunden, für Europa einen Anstieg um 70 Prozent gegenüber 2024. Für Betreiber rückt damit der Strompreis als größter Betriebskostenfaktor in den Mittelpunkt. Planbare und wettbewerbsfähige Preise schaffen die Grundlage für langfristige Investitionen, in erster Linie für das energieintensive Training von KI-Modellen.

Stromarchitektur verschiebt sich Richtung Gleichstrom

Mit den hohen Leistungsdichten stößt die klassische Wechselstromverteilung an wirtschaftliche und physikalische Grenzen. Gleichstrom rückt deshalb aus der Nische in die Grundarchitektur moderner KI-Serverräume. Eine Verteilung auf 800 Volt Gleichstrom reduziert Umwandlungsverluste und Leitungsquerschnitte, verlangt aber eine angepasste Schutztechnik gegen Fehlerlichtbögen und Erdschlüsse.

Die Leistungsaufnahme einzelner KI-Beschleuniger nähert sich 2.000 Watt je Chip, frühere GPU-Generationen lagen bei rund 500 Watt. Die NVIDIA-Plattform Vera Rubin NVL144 soll ab der zweiten Jahreshälfte 2026 rund 120 bis 130 Kilowatt je Rack erreichen, die nachfolgenden Kyber-Racks sind für 2027 mit 600 Kilowatt angekündigt. Die zugeführte Energie wandelt sich nahezu vollständig in Wärme um, womit Stromversorgung und Wärmeabfuhr eine gemeinsame Auslegung verlangen.

Auch die Energiespeicherung folgt dem neuen Anforderungsprofil. GPU-Cluster erzeugen kurze, hohe Lastspitzen im Millisekundenbereich, auf die konventionelle Auslegungen unterbrechungsfreier Stromversorgungen (USV) nicht ausgelegt sind. Betreiber kombinieren deshalb mehrere Speicherebenen, die kurze Überbrückung bis zum Generatorstart und die Stabilisierung von Spannungseinbrüchen zugleich abdecken.

Kühlung bestimmt Effizienz und Abwärmenutzung

Die Wärmeabfuhr bildet das zweite große Feld der Modernisierung. Luftkühlung stößt bei hohen Rack-Dichten an Grenzen, weshalb flüssigkeitsgekühlte Racks und Direktkühlung an Gewicht gewinnen. Freie Kühlung über Außenluft und die Trennung warmer und kalter Luftströme (Hot-/Cold-Aisle-Containment) senken den Energieeinsatz der Kältetechnik bei geeigneten klimatischen Bedingungen.

Die abgeführte Wärme lässt sich nutzen, statt sie ungenutzt abzugeben. Das BMDS verweist auf das Wärmeplanungsgesetz, das die kommunale Wärmeplanung verpflichtend macht und die Einspeisung von Abwärme in lokale Wärmenetze erleichtert. Als Orientierung für nachhaltigen Betrieb nennt die Rechenzentrumsstrategie das Umweltzeichen Blauer Engel für Rechenzentren (DE-UZ 228). Auf europäischer Ebene soll ein Data Center Energy Efficiency Package 2026 ein gemeinsames Kennzeichnungssystem und Mindestanforderungen an die Energieeffizienz schaffen.

Wassersparende Kühlsysteme gewinnen an Gewicht, da der Wasserbedarf im Betrieb in erster Linie vom Kühlsystem abhängt. Für öffentliche Betreiber verbindet sich damit eine Nachweispflicht, für Unternehmen ein direkter Faktor der Betriebskosten.

Standortwahl verbindet Netz, Fläche und Konnektivität

Die Standortwahl bündelt mehrere Kriterien. Verfügbarkeit und Preis von Strom, Anbindung an mehrere Netzbetreiber und das Risiko von Naturereignissen bestimmen Leistung und Betriebskosten gemeinsam. Das BMDS setzt auf die Ausweisung von Vorzugsflächen und auf Brownfield-Flächen, also bereits bebaute Areale, zum Beispiel ehemalige Kraftwerke oder Industrieanlagen, die nutzungsbereit sind und den Flächenverbrauch begrenzen.

Daneben zählt die Konnektivität. Latenzkritische Anwendungen verlangen physische Nähe zwischen Rechenzentrum und Nutzer, da Laufzeit und Übertragungsfehler mit jedem zusätzlichen Netzknoten steigen. Die Round Trip Time (RTT), die Laufzeit eines Datenpakets zum Rechenzentrum und zurück, wird damit zum Qualitätsmerkmal. Ein durchgängiger Glasfaser- und Mobilfunkausbau erschließt dezentrale Standorte, vor allem in Regionen mit hoher Erzeugung erneuerbarer Energien.

Zentrale Cluster und dezentrale Standorte ergänzen sich. Verteilte Architekturen erhöhen die Ausfallsicherheit, indem sie Ressourcen über mehrere Orte streuen und regionale Störungen auffangen. Zentrale Strukturen vereinfachen die Steuerung der Redundanz, bündeln das Risiko aber an einem Punkt.

Sicherheit und Resilienz folgen Normen und Redundanzkonzepten

Für Bau und Betrieb liefert die DIN EN 50600 einen normativen Rahmen, den der Data Center Service des TÜV Rheinland gemeinsam mit dem HIS-Institut für Hochschulentwicklung in einem Leitfaden für Hochschulen aufbereitet hat. Redundanzkonzepte nach N+1, 2N oder 2N+1 sichern den Betrieb bei Ausfall kritischer Komponenten ab, ergänzt um redundante Stromversorgungen, Notstromgeneratoren und Datenreplikation.

Geografische Redundanz verteilt Lasten über mehrere Standorte und hält den Betrieb bei regionalen Ausfällen aufrecht. Die physische Sicherheit umfasst Zugangskontrolle, Videoüberwachung und Perimeterschutz, die digitale Ebene setzt auf Netzwerksegmentierung, Verschlüsselung und Systeme zur Angriffserkennung. Größere Rechenzentren gelten bereits als kritische Infrastruktur, deren Schutz das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) begleitet. KI-gestützte Verfahren erweitern die Fehleranalyse in der Stromverteilung. Machine-Learning-Modelle werten Zeitreihen aus Schutztechnik, Sensorik und Leittechnik simultan aus, erkennen Abweichungen früh und korrelieren heterogene Datenquellen.

Souveränität prägt Technologieentscheidungen

Die Frage der digitalen Souveränität verschiebt die Auswahl von Plattformen und Lieferanten. Dabei spielen eine starke Abhängigkeit von außereuropäischen Hyperscalern in den Bereichen Cloud, KI-Computing und Plattformen eine strategische Rolle. Die Anbieter unterliegen neben EU-Recht auch Gesetzen von Drittstaaten mit extraterritorialer Wirkung, was den Schutz sensibler Daten erschwert.

Die Bundesregierung setzt auf europäische Alternativen und offene Standards. Im EU Cloud and AI Development Act sind gemeinsame Kriterien für souveräne Cloud-Dienste festgelegt. Die öffentliche Verwaltung verfolgt mit dem Prinzip Cloud Smart und einem Cloud-First-Ansatz hybride und föderierte Modelle, die staatliche Infrastrukturen und geprüfte, möglichst europäische Cloud-Dienste verbinden. Eine souveräne Cloud-Plattform für KI-Anwendungen wird als modularer Bestandteil des Deutschland-Stacks aufgebaut.

Auf der Kapazitätsseite unterstützt die Bundesregierung die Ansiedlung mindestens einer KI-Gigafabrik in Deutschland im Rahmen einer öffentlich-privaten Partnerschaft mit dem Gemeinsamen Unternehmen EuroHPC. Über paneuropäische Projekte (Important Projects of Common European Interest, IPCEI) zu Cloud, KI und Edge Computing bündeln die Mitgliedstaaten Knowhow für eigene Hardware und Software. Im Unternehmensumfeld zeigt sich daneben eine Rückverlagerung von Workloads aus der Public Cloud, getrieben von Kostenkontrolle und Datenhoheit. Hyperkonvergente Infrastrukturen (HCI) verdichten Rechenleistung, Speicher und Netzwerk in kompakten Einheiten und geben dem Mittelstand Kontrolle über Standort und Kosten zurück.

Modernisierung verlangt eine Gesamtrechnung über den Lebenszyklus

Die Modernisierung öffentlicher und privater Rechenzentren verbindet Kapazität, Energie, Kühlung, Standort, Sicherheit und Souveränität zu einer abgestimmten Architektur. Eine Analyse der Gesamtkosten (Total Cost of Ownership, TCO) über den Lebenszyklus bewertet Investitionsausgaben (CapEx) und Betriebskosten (OpEx) gemeinsam und macht den Effekt energieeffizienter Technik sichtbar. Für CIO und CTO zählen Geschwindigkeit und Kontrolle über den Ausbau, für den CISO die Auditfähigkeit und Risikoreduktion, für Compliance-Verantwortliche die Nachweisbarkeit. Betreiber, die diese Kriterien früh zusammenführen, errichten Häuser, die mit Nachfrage und Leistungsdichte mitwachsen.